漩涡沙漏状钢筋混凝土结构体系施工工法（18页）

1、漩涡沙漏状钢筋混凝土结构体系施工工法1.前 言漩涡沙漏状钢筋混凝土结构体系形状复杂，综合了弧形柱、环形梁、双曲面板等混凝土构件，具有曲线优美、造型奇特的特征，近年来在一些造型要求高、外观精美的公共建筑中开始应用。该类结构体系立面及空间曲线复杂、曲面相互联系、结构布置非常规化等均给结构施工提出了新的要求，特别由于结构轴线复杂且为立体曲线造型，内部结构标高高低不一，对工程施工放样、测量定位、轴线标高控制、模板支架搭设、钢筋绑扎定位、混凝土浇筑等施工带来一定难度。我公司在敦煌莫高窟保护利用工程游客服务设施建安工程项目实践和现场施工中，通过优化创新、方案改革，总结了漩涡沙漏状钢筋混凝土结构体系施工方法

2、，属于该结构体系其中一部分技术的无规则斜交网状井字梁双曲面屋面结构施工方法已于2016年1月6日获得国家发明专利(专利号：ZL 2013 1 .2)，并通过了由广西壮族自治区科学技术厅组织的科技成果鉴定(桂科鉴字2014253号)，评委会专家一致认为：项目研究成果达到国内领先水平，填补了同类双曲屋面结构综合施工技术的空白。根据广西壮族自治区科学技术情报研究所查新表明，目前尚无漩涡沙漏状钢筋混凝土结构体系施工工法的公开文献报道。根据实践总结，采用本工法，复杂的混凝土结构构件施工质量完全满足设计要求，缩短工期，节约成本。表明本工法可推广性强，在类似工程领域具有广泛的应用前景。2.工法特点2.1计算

3、机软件CAD辅助放样。利用南方测绘CASS成图软件进行图纸二次深化设计、提取各点三维坐标，其中各控制点转化为梁的控制标高及曲线，然后对每块板的幅度进行计算。2.2采取合理有效的测设技术进行三维精确测量、校正和控制，确保了弧形柱、环形梁与双曲面板构件平面尺寸的精确定位以及空间造型的精确控制。2.3 通过选择可弯曲性好的竹胶板，优化支架搭设流程并适时调整搭设钢管位置，解决了弧形柱、环形梁及双曲面支模成型困难的问题。2.4应用CAD技术进行钢筋三维施工模拟定位，结合使用定位钢筋，解决了钢筋下料、绑扎成型难的问题，可有效保证弧形构件的内外侧弧度，观感效果好。2.5对构件自密实混凝土进行试配，并根据试验

4、最终确定自密实混凝土工作性控制参数范围，保证了各不规则构件混凝土浇筑质量。2.6本工法具有施工简单、快捷、易于掌握，施工综合费用低等特点，保证了质量和施工进度，有较高的应用推广价值。3.适用范围本工法主要适用于弧形柱、环形梁及无规则斜交网状井字梁双曲钢筋混凝土楼 (屋)面结构的施工，也适用于如坡、弧造型的钢筋混凝土结构楼(屋)面的施工。4.工艺原理漩涡沙漏状钢筋混凝土结构体系三维透视图如图4.1所示，其弧形柱剖面图如图4.2所示。漩涡沙漏状钢筋混凝土结构体系不同于普通的钢筋混凝土结构，其具有弧形柱、环形梁及双曲面板测量定位复杂，构件模板安装就位难，钢筋绑扎成型难及双曲屋面板混凝土浇筑成型难等问

5、题。4.1利用CASS成图软件进行CAD电子版图纸二次深化设计，提取弧形柱、环形梁定位控制点的三维坐标(xn，yn，zn)，将各控制点投影到已施工完成的垫层面，形成各控制点的水平投影点(xn，yn)，连接各控制点形成弧形柱轴线和环形梁的室内下边线在水平面的投影。4.2根据测量定位工作的难点，采取“先控制后细部，从整体到局部”的原则，将测设工作分解为平面定位控制与构件造型控制。因此施工过程中的测设归根结底是对模板“钢筋”安装的定位控制，具体操作过程遵循“从空间转平面，控制安装节点”的思路。4.3弧形柱模板制作时，利用弧形柱轴线的水平投影和弧形柱底模三维坐标来确定主楞(钢管小横杆)的搭设位置与搭设

6、高度，随后现场制作两条随弧形柱空间变化的弯曲通长定位钢筋，次楞按定位钢筋的曲率与主楞绑扎，底模板钉在次楞上形成相应的曲面；环形梁模板依据环形梁轴线的水平投影和环形梁底模三维坐标确定环形梁的弧度和搭设高度；曲面板的模板成型是利用曲面板下方的井字梁侧板的木楞高度来控制曲面板高度，保证曲面板成型。4.4利用自密实混凝土进行构件混凝土的浇筑，以解决因构件钢筋密集、难以振捣的课题，保证各异形构件混凝土的质量。 图4.1 漩涡沙漏状钢筋混凝土结构体系三维图透视图 图4.2结构体系的弧形柱剖面图5.施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程考虑到漩涡沙漏状钢筋混凝土结构体系弧形柱模板支架的搭设和测设的困难，

7、自弧段拐点处(B点处)进行分段施工，先施工AB段范围内构件，再施工BC段范围内构件。则漩涡沙漏状钢筋混凝土结构体系的弧形柱、环形梁及双曲面屋面板的工艺流程如下所示。图纸深化设计与提取控制点三维坐标 测量放样 满堂钢管脚手架搭设 分段弧形柱模板安装分段环形梁模板安装 分段弧形柱、环形梁模板安装 L6-L11之间双曲面屋面施工混凝土试配 混凝土浇筑5.2 操作要点5.2.1 深化设计与提取控制点三维坐标1.利用CASS成图软件对漩涡沙漏状钢筋混凝土结构体系的弧形柱与环形梁CAD电子版图纸进行二次深化设计，主要根据漩涡沙漏状钢筋混凝土结构体系曲面顶板标高图(如图5.2.1-1所示)，提取钢筋混凝土结

8、构体系的弧形柱与环形梁节点轴线相交的中心控制点在地面的投影三维坐标。图5.2.1-1 漩涡沙漏状钢筋混凝土结构体系顶部控制点标高图2.在提取钢筋混凝土结构体系的弧形柱与环形梁节点轴线相交的中心控制点在地面的投影三维坐标时，需通过曲面顶板标高经换算得出弧形柱在环形梁L1L11之间的梁底轴线控制标高及间距。以环形梁L7做举例说明：先计算出L7在每根柱子轴线上的标高，并计算出L7与每根柱子轴线的交叉点到L6室外上端的竖向距离，然后运用勾股定理计算出L7与每根柱子轴线的交叉点到L6室外上端的水平距离，以此类推计算出环形梁L8L11之间底标高及间距，如图5.2.1-2为环形梁与弧形柱交叉点的标高图，图5

9、.2.1-3环形梁与弧形柱交叉点的间距图，其L6L8之间的换算结果如表5.2.1所示。图5.2.1-2 环形梁与弧形柱交叉点的标高图图5.2.1-3 环形梁与弧形柱交叉点的间距图3.各弧形柱在环形梁之间底标高及间距均按表5.2.1的格式进行列表，以便为下一步的空间测量放样做准备。 弧形柱在环形梁L6-L8之间的底标高及间距 表5.2.1柱子型号L6室外上端到L7室内中在柱子轴线上的水平间距(mm)L7室内中在柱子轴线上的标高(mm)L7室外上端到L8室内中在柱子轴线上的水平间距(mm)L8室内中在柱子轴线上的标高(mm)Z1727558711196261Z2728557611096252Z37

10、44556811296259Z4762557011606279Z5778558311826323Z6768561411576378Z7731566210956431Z8692563910376479Z9683573810206532Z10705574910436580Z11729575210726611Z12733575210786614Z13717574810586591Z14711573210486557Z15721573710586578Z16687582710176714Z1767059109706876Z18694590110016879Z19686592010056899Z2069

11、1593610146933Z21688595010036962Z2267159619726973Z2365759589516957Z2467159309706915Z25711587910266850Z26746582410836770Z27750578111016687Z28724576210696622Z29700575710296596Z306865744101465535.2.2 测量放样根据测量定位工作的难点，采取“先控制后细部，从整体到局部”的原则，将测设工作分解为平面定位控制与构件造型控制。1.基本控制原则1)平面控制网根据工程特点和现场环境条件，以便于观测为原则，在施工现场埋设

12、若干个测量控制点，组成一个完全能满足平面放样、高程传递和沉降观测需要的施工专用控制网。根据场地条件、建筑物平面形状和其主要点线分布情况，利用电子全站仪，以现场规划部门测定认可的定位基准点( 一级控制网) 为施测依据，根据场地条件和工程特点，考虑各部位施工进度及施工周期内的通视条件，按照使用方便、安全可靠的原则，先在场区布测一条闭合导线。导线点布设后，经严密平差计算其精度符合国家工程测量技术规范GB50026-2007的要求。导线点坐标与轴线定位图所示坐标统一为同一坐标系统。在此基础上做进一步扩展定出测量平面控制点，这些点相连形成一个总的测量平面控制网( 二级控制网) 。最后对网中控制点逐点设站

13、进行严格的双向观测，精确测定相关点的角度和距离以便进行内业计算。图5.2.2-1为平面网控制图。图5.2.2-1 平面网控制图2) 确定需要放样的构件及构件定位控制方式( 主体施工阶段)按照“先整体后局部”的原则，将“柱网轴线”确定为主要测设对象，对钢筋混凝土弧形柱进行定位，精确控制弧形混凝土柱的控制点。同时，环形梁作为影响建筑物造型的主要因素之一，也是测设的关键点。按照常规做法，梁定位是在下层柱网轴线定位的基础上用几何作图法确定的，但本工程建筑物造型随着高度上升向外扩展，由于柱网轴线本身是环状辐射的，曲线放样本身存在一定误差，因此如果根据柱网轴线进行几何作图定位，环形梁定位的累计误差将会很大

14、。因此，根据建筑造型要求以及现场施测条件，要精确控制模板的安装节点，需要将“环形梁的梁底外边线”作为主要测设对象之一，以保证构件成型后造型的准确性。内控网平面布置如图5.2.2-2所示。图5.2.2-2 内控网平面布置3)施测实地放样时，根据场地状况，将全站仪安置在靠近待放点处，并保证能够与 2个以上控制点通视，以便使用后方交会法，然后测设主要轴线桩。为保证测量质量，在整个测设过程中应注意观察仪器管状水准器气泡是否居中(气泡中心位置偏离管状水准器不超过1格) ，并对起始方向经常做归零检查( 归零差 5)。全部测设后，仪器更换测站进行封闭性自检。2.构件部位测量借助AutoCAD及空间放测技术，

15、根据二次深化设计的漩涡沙漏状钢筋混凝土结构体系的弧形柱与环形梁在地面的投影三维坐标，在钢筋混凝土结构体系基础混凝土表面上测放出弧形柱与环形梁轴线地面投影坐标点，基础表面混凝土原浆收光并严格控制平整度、水平度，可用于测量弹线、承受上部脚手架及梁、板混凝土施工所产生的荷载。1)柱根部测量通过平面控制坐标网，将漩涡沙漏状钢筋混凝土结构体系范围内的基础混凝土表面用三维坐标放出椭圆圆心及周边各柱子根部边线，放测出的柱根部的点均用油漆做好明确标志，形成楼面上弹测的“柱网轴线”，如图5.2.2-3所示。图5.2.2-3 柱网轴线平面布置图2)柱弯曲段及环形梁水平投影测量弧形柱轴线的水平投影测量直接用轴线三维

16、坐标进行放线。而环形梁横断面均倾斜于地面，为了便于控制环形梁的水平投影位置，在计算机上用CAD制图软件通过计算画出每个弧形柱与环形梁交点的剖面图，由环形梁室外边中线画出室内梁底外边线，由此得出环形梁室内梁底外边线的三维坐标，进而放出环形梁水平投影位置。柱弯曲段及环形梁水平投影如图5.2.2-4所示。图5.2.2-4柱弯曲段及环形梁水平投影图3)弧形柱及环形梁的立面测量柱立面测量：根据弧形柱轴线的水平投影线和三维坐标，求出柱底模的三维坐标，然后在现场利用卷尺、铅垂仪测量出对应位置的高度，以此作为柱底模钢管搭设的高度，并根据弧形柱的轴线投影和标高变化绑扎通长弯曲钢筋作定位，并在钢筋下搭设与柱弯曲幅

17、度一致的小横杆作主楞，在小横杆上按弯曲钢筋曲率捆绑方木作次楞，柱底模在楞木上钉牢成弧。环形梁测量：根据环形梁室内下边线的水平投影线和三维坐标搭设环梁底模支撑架，在支撑架上安装梁底模(梁底模垂直于柱底模)。3.为了确保弧形柱与环形梁轴线、边线定位的准确性，弹线后要求项目技术负责人组织专业施工员、测量员和测绘公司共同复核检查。5.2.3满堂钢管脚手架搭设1.根据工程的实际情况，为了便于调整弧度变化及支撑体系受力的要求，本工程选用钢管扣件满堂架模板支撑系统。钢管扣件满堂架模板支撑体系搭设必须满足建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范(JGJ130-2011)的有关要求。2.支撑体系设计及构造要求根据柱

18、、梁布置在椭圆结构体系内、外一次性搭设满堂脚手架，椭圆外围脚手架为支撑脚手架，作为操作、固定脚手架使用。由于弧形柱与环形梁的标高主要是通过立杆来控制，满堂架立杆布置在弧形柱与环形梁地面投影轴线的交叉点两侧；梁跨方向立杆间距为500mm，垂直梁跨方向立杆间距为200mm，步距为900mm，钢管主楞垂直于梁跨方向。柱模支撑体系立面如图5.2.3所示。图5.2.3 模板支撑体系侧立面图1)弧形柱支架搭设：搭设满堂脚手架后，根据柱子轴线与梁线交点的水平投影点和标高，在脚手架上定出各点的空间位置，用钢筋连成定位线，在定位线下按受力计算要求搭设钢管小横杆。由于立杆均为对接，柱子相应位置的立杆顶端均超过小横

19、杆，在安装柱底模之前须将超出部分截断。 2)环形梁支架的搭设：由于相邻两条梁的标高差不大，标高较高的上部梁支架单独搭设在已施工完的梁上，并与满堂脚手架顶撑牢固。则上部梁的支架由内外满堂脚手架另加横杆搭设而成。各柱子之间立杆顶端超过梁板支架的部分在装模前须截断。3) 满堂钢管脚手架的构造要求应完全按建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范(JGJ130-2011)要求设置垫板、纵横扫地杆、剪刀撑、抱柱装置等构造措施，各杆件的搭设均应符合规范要求。4)立柱顶端应沿纵横向设置一道水平拉杆。扫地杆与顶部水平拉杆之间的间距，在满足模板设计所确定的水平拉杆步距要求条件下，进行平均分配确定步距后，在每一步距处纵

20、横向应各设一道水平拉杆。在最顶步距两水平拉杆中间应加设一道水平拉杆。3.搭设质量控制架体的搭设质量控制参数如下表5.2.2所示。5 搭设质量控制 表5.2.2项 目技术要求允许偏差（mm）示意图检查方法与工具立杆垂直度最后验收垂直2080mm100用经纬仪或吊线和卷尺下列脚手架允许水平偏差（mm）搭设中检查偏差的高度（m）总高度50m40m20mH=2777H=10202550H=204050100中间档次用插入法5.2.4 弧形柱模板安装传统的模板支设方法工作量大且精度不高，需通过现场放样分段搭设以解决环形梁和斜柱形成复杂的节点及梁、柱间曲率不一的双曲面屋面板的难题，具体的方法分两步：对于L

21、1L6段，利用三维模型在水平面上的投影，在梁、柱节点下方已完工的基础板面上，测量节点的投影线，利用线锤向上引测，控制模板支设。对于L7L11段，因控制节点距下层楼面过高，无法利用平面投影向上投测，可先根据已连成整体的L1L6段初步支设模板，然后在模板上按一定标高统一抄出水平线，利用三维模型切面，得到L7L11混凝土 4个角点坐标，再利用全站仪对弧形柱进行复核。1.施工准备由于弧形柱造型复杂，为保证精度，弧形柱底模出具大样图预先制作，同一弧形柱不同位置截面的倾斜度也不一致，因此柱侧模根据已经定位的柱底模现场加工。通过采用CAD三维建模，生成弧形柱与环形梁三维模型，根据模型计算出环形梁各点的空间坐

22、标及弧形柱底模尺寸，并对梁、板、柱模板进行编号，以便现场加工组拼。2.模板制作柱模板采用弯曲性能良好的15mm厚竹胶板。由于弧形柱各四面均为非规律带扭曲的曲面，柱子底模须待支撑架搭设好后现场实量尺寸进行裁制而得，其他三面模板待钢筋绑扎后现场实量尺寸进行裁制而得。3.弧形柱底模板安装1)底模定位钢筋的成型：取柱子轴线与梁轴线交点的水平投影点和标高，在脚手架上定出相交的节点位置各空间点位置，用直径18的螺纹钢沿各空间点进行绑扎电焊，以此作为柱子底模的定位线。根据弧形柱的轴线投影和标高变化绑扎通长弯曲钢筋做柱子底模弧形定位，并在钢筋下搭设与柱幅度一致的钢管小横杆作主楞。在小横杆上按弯曲钢筋曲率用铁线

23、捆绑方木成弧作次楞，安装弯曲面柱全长底模。弧形钢筋混凝土柱施工大样图包括模板尺寸图( 见图 5.2.4-1) 、定位箍布置图。图5.2.4-1 弧形钢筋混凝土柱施工大样图2)拼装弧形钢筋混凝土柱底部根据楼面上弹测的“柱网轴线”进行定位，并沿柱截面内侧设置模板固定点。以往常规斜柱做法是在地面上设置抗推点，采用斜向支撑固定，只要定位斜柱上端与底端位置即可完成造型控制。本工程弧形钢筋混凝土柱以安装完成的定位钢筋为依托，通过在定位钢筋上焊接定位箍来控制。按大样图在模板上标记出定位箍的焊接位置，定位箍采用角钢制作，根据标记将定位箍定位固定牢固后，与定位钢筋焊接，定位箍外包尺寸同柱截面尺寸。模板根据大样图

24、预制，包模时模板与定位箍紧贴，采用槽钢抱紧，并附加支撑体系，如图5.2.4-2所示。图5.2.4-2 弧形钢筋混凝土柱定位箍布置与模板系统柱底模的拼装在柱筋绑扎前完成，拼装前先用小直径钢筋按柱子受力计算要求将方木沿着定位钢筋在小横杆上焊牢成弧，再将加工好的柱底模从下往上在方木上钉紧成弧进行拼装。全部柱子底模拼装完成后仍须做适当调整，使柱底模所在椭圆的顺滑。3) 侧向模板安装弧形柱子其他侧面模板的拼装在钢筋绑扎完成后拼装，柱模楞方间距100mm，钢管柱箍间距300mm安装组合套箍进行加固，每个套箍在柱子长边对拉一根14的高强螺杆。在模板拼装之前须按间距要求放置钢筋内衬以保证柱子的截面尺寸，要求每

25、根对拉螺杆对应一根18的钢筋内衬。模板拼缝要求不大于2mm。5.2.5环形梁模板安装1.模板制作环形梁分为独立梁和与板相连的梁。由于环形梁造型复杂，为保证精度，梁底模出具大样图预先制作，而梁顶边线与梁底边线的弧度并不相同，同一环形梁不同位置截面的倾斜度也不一致，因此梁侧模根据已经定位的梁、板底模现场加工，梁模板采用弯曲性能良好的15mm厚竹胶板。2.模板安装定位控制环形梁施工大样图为梁底平面尺寸，同时包含梁顶外侧线定位尺寸，梁底模按施工大样图在制作区1：1放样，分段拼接加工。预制模板底模按照前述平面定位安装到位，侧模板安装时，需控制安装节点，控制方式如下。对于独立环形梁，直接在下层楼面上板模板

26、安装完成后，以板底模平面为施测工作面弹出梁顶内边线，做法参照平面定位控制做法，梁内侧模板安装时，通过铅垂仪线锤等工具将已测设的梁顶内边线引至施工面标高。对于与板相连的环形梁，由于环形梁向内倾斜，且板具有一定厚度，因此与楼层板相连的环形梁，其梁顶内边线在板边界线内侧，而梁顶外边线在梁底模范围内，这就造成在实际施工中，梁顶边线无法直接投射到施工平面使用。因此，改为使用梁板交界线作为环形梁侧模的造型控制线。当梁板模板安装完成后，以板底模平面为施测工作面，测设梁板交界线，坐标获取方法与平面定位相同，同时考虑预留模板拼缝所需尺寸。上述工作完成后，环形梁造型控制中，模板安装精度的控制重点基本完成。3.拼装

27、梁底模在梁筋绑扎前进行拼装，先在支架横杆上面满铺方木，在方木上面钉弧形梁底模。单条梁全部梁段底模拼装完成后形成倾斜扭曲的椭圆环，须做适当调整使各个梁段底模的整体顺滑。环形梁其他侧面模板的拼装在梁钢筋绑扎完成后拼装，拼装后在模板外侧按300mm的间距设置弧形钢筋背肋，每道钢筋背肋内外侧均为两根18，用14的高强螺杆按照间距400对梁侧模进行加固。在模板拼装之前须按间距要求放置钢筋内衬以保证梁的截面尺寸，要求每根对拉螺杆对应一根18的钢筋内衬。模板拼缝要求不大于2mm。5.2.6 弧形柱、环形梁钢筋绑扎由于弧形柱、环形梁截面的倾斜度在不同部位均不相同，梁、柱箍筋均利用AutoCAD空间放测技术测放

28、出截面尺寸进行现场加工。1) 柱钢筋安装弧形柱均为大直径钢筋，无法在加工厂加工成型，只能在绑扎现场采取人工弯曲的方式。在弧形柱绑扎时，先将主筋按接头布置要求进行直螺纹套筒连接，再逐根柱子、逐条钢筋、逐点地将弧形柱主筋随柱子底模压弯成弧，使各条柱子主筋弧度分别与底模弧度一致，最后分段进行穿箍绑扎，加垫块。2) 梁钢筋安装本工程漩涡沙漏状钢筋混凝土结构体系各梁构件布置复杂，与柱形成的节点构造十分复杂，导致梁底模安装后，钢筋需要开始安装以便节点施工，但此时梁侧板尚未安装，以致钢筋安装没有定位依据。若不进行定位控制，极易造成钢筋偏位，从而导致环形梁造型偏差，且难以修正，所以梁钢筋安装也需要进行定位。钢

29、筋安装定位控制方法如下： 将已经安装固定好的梁底模作为施测工作面，弹出梁顶外侧线，以此线作为控制线控制上排钢筋的定位，同时用此线复核梁底模板的安装精度，如图5.2.6所示。因梁的弧度变化大，在加工厂无法一步加工成型，需在绑扎现场采取人工弯曲的方式进行调节。环形梁绑扎时，先按接头布置要求在梁四周摆放梁筋半成品，再逐条梁、逐条主筋、逐点地在梁边将主筋随梁底模压弯成弧后进行穿布主筋(直条主筋无法穿布)，主筋穿布后若发现有部位与梁底模不一致的，取出主筋对不合要求的部位进行重新弯弧。最后分段进行穿箍绑扎，加垫块。5.2.7 L6-L11之间双曲面屋面施工1.工艺流程及模板的支设1) 双曲面屋面板施工工艺

30、流程为：支撑架搭设环形梁侧模加固封闭屋面方格网标高投测板底支撑架调整安装板底模板筋绑扎浇筑柱混凝土封上、下环形梁及之间的双曲面屋面板模板浇筑梁、板混凝土拆模。2)根据原有满堂脚手架适当进行架体的调整，此时需增加板底模支撑横杆搭设及纵向弧形横杆搭设。如果出现弧度较大，当梁底模的龙骨按纵向布置难以达到设计弧度时，增加一道纵向弧形钢管来满足板的弧度要求。此时，板底模板的龙骨只有横向布置方能达到起弧的要求。2.绑扎双曲面屋面板钢筋1)弧形双曲面屋面板是从环形L6之后才开始设置的。环形梁绑扎完成后，即可开始绑扎弧形双曲面屋面板钢筋。此时，环形梁钢筋已绑扎完成，只剩下传入环形梁中间的板面钢筋。板面钢筋应与

31、环形梁上筋位于同一层，并与环形梁钢筋绑扎牢固。2)弧形双曲面屋面板钢筋为二级10的通长筋，钢筋混凝土结构体系是按两条梁及其中间区域为一个施工段，为了减少后面的弧形柱与环形梁混凝土浇筑施工难度，板筋采取预留、搭接的方式。板筋通过人工弯曲的方式绑扎成型。3)屋面板钢筋绑扎完毕后，在每个弧形双曲面屋面板和屋面板面钢筋之间均加设垫块。3.封闭L6-L11间双曲面屋面板及浇筑混凝土 由于环形梁四周不规则、弧度难于控制，双曲面板的内外均为曲面，同时由于弧形柱的弯曲角度较大。为了弧形柱、环形梁L6-L11与双曲面板的混凝土成型，弧形柱、环形梁的模板采用全封闭式。待弧形柱的混凝土浇筑完成后，对环形梁与双曲面板

32、的顶板进行封闭。曲面板板面封闭时，在每个区间的曲面板板面的中间部位预留100mm宽的环形板带，用于环形梁与双曲面板的混凝土浇筑。环形板带留设情况如下图5.2.7所示。图5.2.7 双曲面板顶板面浇筑板带的预留示意图5.2.8 混凝土试配对钢筋密集，难以使用振动棒进行振捣的异形构件，应选用具有自流平和自密实性能的自密实混凝土进行浇筑。1.配制原理配制自密实混凝土的原理是通过外加剂、胶结材料和粗细骨料的选择与搭配和精心的配合比设计，将混凝土的屈服应力减小到足以被因自重产生的剪应力克服，使混凝土流动性增大，同时又具有足够的塑性粘度，令骨料悬浮于水泥浆中，不出现离析和泌水问题，能自由流淌并充分填充模板

33、内的空间，形成密实且均匀的胶凝结构。因此，在配制中主要应采取以下措施：1) 借助以萘系高效减水剂为主要组分的外加剂，可对水泥粒子产生强烈的分散作用，并阻止分散的粒子凝聚，使混凝土拌合物的屈服应力和塑性粘度降低。高效减水剂的减水率应不低于25%，并且应具有一定的保塑功能。2) 掺加适量矿物掺合料能调节混凝土的流变性能，提高塑性粘度，同时提高拌合物中的浆固比，改善混凝土和易性，使混凝土匀质性得到改善，并减少粗细骨料颗粒之间的摩擦力，提高混凝土的通阻能力。3) 掺入适量混凝土膨胀剂，减少混凝土收缩，提高混凝土抗裂能力，同时提高混凝土粘聚性，改善混凝土外观质量。适当增加砂率和控制粗骨料粒径不超过20m

34、m，以减少遇到阻力时浆骨分离的可能，增加拌合物的抗离析稳定性。在配制强度等级较低的自密实混凝土时可适当使用增稠剂以增加拌合物的粘度。2.试配参数目标配制自密实混凝土时，根据施工部位的实际情况，本次试验从拌合物流动性、间隙通过能力、填充能力几个方面指标来确定自密实混凝土的拌合物性能。1) 流动性由于自密实混凝土属于高流态混凝土，参考水下不分散混凝土试验规程，采用坍扩度作为评价自密实混凝土流动性的指标。2) 间隙通过能力根据施工部位配筋较密的状况，有必要检验混凝土拌合物通过钢筋间隙的能力。试验采用如图5.2.8-1所示装置，试验时使混凝土拌合物从a向b水平流动通过间距8cm的钢筋栅(栅格间距也为8

35、cm)，分别检测a，b区域的混凝土容重和高差，通过对混凝土流经钢筋栅前后容重和高度差的比较来评价混凝土拌合物通过钢筋间隙的能力。图5.2.8-1 自密实混凝土间隙通过能力试验装置示意图3) 填充性填充能力是衡量自密实混凝土工作性能的一个重要指标，一般采用BOX模型试验来检验。为更好的模拟混凝土在现场的施工性能，根据浇筑部位的实际情况，对BOX模型进行了改良，改良后的试验装置为一内置多层钢筋网的“U”型槽，见图5.2.8-2。图5.2.8-2 自密实混凝土填充性能试验装置试验时，混凝土从一端倒入，在不加任何外力的情况下，流经布有钢筋网的中段，直至混凝土装满整个箱模，观察混凝土拌合物在流经钢筋网后

36、是否发生分离。流变性良好的自密实混凝土配合比要求有：较低的粗骨料含量和足够粘度的砂浆。3.混凝土配合比设计自密实混凝土配合比设计方法包括如下步骤：1) 根据所使用的外加剂的性能特点，设定混凝土的含气量；2) 设定石子的松堆体积为500L，然后根据石子的松堆率和表观密度确定石子用量；3) 根据砂的级配情况设定体积砂率(即砂性存在着地域差异问题，本文尝试使用普遍的体积占砂浆体积的百分比)，得到砂的用量；4) 根据掺合料掺入比例和目标强度等级确定体积水胶比，得到用水量和胶凝材料量；5) 根据胶凝材料的组成比例分别确定各类胶凝材料用量。6) 通过试验试配调整减水剂用量，直至满足自密实性能检测要求。7)

37、 如果无法通过调整减水剂用量来满足自密实性能检测要求，则需要根据原材料性能状况改变配合比，建议变更顺序为：体积水胶比-体积砂率-胶凝材料混合比例-石子用量。4.混凝土试验通过试配并进行试验，结果为：1) 当混凝土用水量为180kg/m3时，粗骨料松堆体积含量为56.8%，混凝土通过钢筋间隙的能力尚可。2) 外加剂品种对混凝土拌合物的性能有着显著的影响。通过调整其掺量，可以配制出流动性能较好的混凝土拌合物。3) 试验中发现，要获得高流态、整体性好的自密实混凝土，需要选择合适增粘剂的品种和掺量。自密实外加剂中增粘组份的掺量与混凝土用水量有较大的关系，提高混凝土用水量需适当增加增粘剂的掺量。4) 对

38、于自密实混凝土来说，较小的流动性损失是很重要的，因为自密实混凝土需要依靠自重和混凝土互相挤压来流动，以达到填充密实的效果，如果先入仓混凝土流动性损失过快，后入仓混凝土的流动密实过程就会受阻，导致缺陷的产生。5) 填充能力试验表明，当坍落度在65cm左右、混凝土中粗骨料松堆体积含量低于57%、骨料最大粒径不大于20mm时，混凝土拌合物的整体性较好，可以自流通过间距为8cm的钢筋栅，填充密实整个箱模。6) 混凝土28d强度和变形性能应满足相应规范和设计要求。浇筑前对自密实高性能混凝土进行试配，敦煌莫高窟游客服务设施工程漩涡沙漏状钢筋混凝土结构体系构件中柱的混凝土强度等级为C40，梁、板混凝强度等级

39、为C30，实际配合比如表5.2.9所示。试配后各参数良好，均能达到设计和规范要求。自密实高性能混凝土参考配合比 表5.2.8混凝土强度等级水泥强度等级材料用量(kg/m3)水泥粉煤灰碎石中砂水外加剂C3032.53012047868402286.6C4032.53402297858402077.05.2.9 混凝土浇筑1.漩涡沙漏状钢筋混凝土结构体系构件的混凝土浇筑与普通混凝土浇筑基本相同，都应遵循国家现行混凝土结构工程施工及验收规范（GB50204-2015）的规定，在施工中由于节点部位混凝土不易充分填满，应着重进行浇筑和振捣。2.本工程结构体系中的梁、柱构件配筋表现为主筋多、箍筋密，且每个

40、箍筋均设置拉钩，加上加固模板所用的钢筋内衬和对拉螺杆。上述特点决定了本工程的混凝土施工每次只能浇筑两条环形梁所夹范围内的梁、板及柱构件，应先浇筑柱混凝土构件，然后再浇筑梁、板混凝土构件。3.浇筑时，泵口应距柱口有一定距离，应使混凝土拌合物沿柱模板侧壁流向柱底，以避免柱内形成“空气包”影响混凝土浇筑质量。应先浇捣柱头处C40混凝土，混凝土浇筑高度略大于设计标高，振实后的标高应是设计标高，振捣密实后再浇筑与柱头相连接梁、板的C30低标号混凝土。在距柱边300mm处设快易收口网。浇筑过程中，振捣持续时间不能过长，一般每个振捣点振捣时间不超过3秒。还需实施外部辅助振捣措施，如利用橡皮锤敲击梁的侧模、底

41、模，尤其是柱子四角处应多敲击，这样可以检查混凝土浇筑是否密实，而且有利于排除混凝土内部的气泡。4. L1L6之间构件混凝土浇筑如图5.2.9所示。对于L6L11之间的梁、板混凝土构件，在上一段柱浇筑完成后，立即进行梁、板构件表面的模板封闭施工，曲面板板面封闭时，在每个区间的曲面板板面的中间部位预留100mm宽的环形板带，用于环形梁与双曲面板的混凝土浇筑。此时梁、板混凝土构件分两次浇筑，如图5.2.7所示，先浇筑A区域内的混凝土构件，浇筑过程中通过适当震动以保证自密实高性能混凝土应能完全充实该区域，并且使预留的100mm宽的环形板带上混凝土就高出表面模板10mm，立即用抹子抹平后封闭预留好的模板

42、。再通过D口浇筑B区域内的梁、板混凝土构件。图5.2.9 L1L6之间构件混凝土浇筑示意图5.浇筑完成后立即对混凝土构件进行养护，养护要求按相关规范进行。.6.材料与设备6.1 材料6.1.1 使用的材料需符合混凝土结构工程施工质量验收规范(GB50204-2015)、钢筋混凝土用热轧带肋钢筋(GB1499.2-2007)、钢筋混凝土用热轧光圆钢筋(GB1499.1-2008)、建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范(JGJ130-2011)等国家规范及地区相关文件要求。所有材料应按程序实行进场验收或送样复检，合格后方可使用。具体主要材料详见表6.1.1。主要材料表 表6.1.1序号材料名称型号

43、规格单位数量用于施工部位1商品混凝土C30m3结构梁、板、柱2钢材HRB400t结构梁、板、柱3钢材HRB300t结构梁、板、柱4螺栓、螺帽M1470kg结构梁、板、柱5焊条T43kg结构梁、柱6钢管48.33.6t模板安装7竹胶合模板15mm厚m2模板安装6.1.2 自密实混凝土配合比的设计原则应符合建筑用砂(GB/T14684-2001)、混凝土外加剂应用技术规范(GB50119-2003)等国家规范及地区相关文件要求。并应根据试验最终确定自密实混凝土工作性控制参数范围，具体参考配合比如表5.2.9所示。6.2 机械设备各机械应根据施工实际情况选用，具体机械配置如下表6.2所示。机械设备表

44、 表6.2序号机具名称规格型号单位数量用于施工部位1塔吊TC5610台1材料吊运2钢筋切断机QJ40-1台1钢筋加工3钢筋调直机GJ4-4/14台1钢筋加工4钢筋弯曲机GT7-40台1钢筋加工5电弧焊机BX3-300-2台2钢筋焊接6木工圆盘电锯MJ104台2模板加工7木工手提电锯AG80185台5模板加工8全站仪NTS-302B(2)台1测量放线9水准仪NL32A台1测量放线10经纬仪DT-02台1测量放线11插入式振动器HZ-50台6混凝土浇筑12平板式混凝土振动器台1混凝土浇筑13汽车泵徐工/HBTS50-80台1混凝土浇筑7.质量控制7.1质量标准及质量要求7.1.1本工法涉及钢筋混凝

45、土结构工程施工，施工中必须认真执行相关国家规范标准，主要内容有：建筑工程施工质量验收统一标准(GB503002013)、混凝土结构工程施工质量验收规范(GB50204-2015)及地方相关规范要求。7.1.2 质量验收内容及标准见表7.1.2。 构件施工尺寸误差范围 表7.1.2 项目部位允许偏差(mm)检查方法轴线位置环形梁、弧形柱5全站仪、钢尺检查标高整个屋面标高30水准仪或拉线、钢尺检查截面尺寸环形梁、弧形柱+8，-5钢尺检查混凝土表面观感井环形梁、弧形柱、双曲面表面无目测混凝土顺滑度环形梁、弧形柱、双曲面屋面表面无目测7.2 质量控制7.2.1建设单位提供的图纸坐标和水准点高程，应与总

46、承包单位和专业测量放样公司进行现场交接、复测和检验，确保主要的原始定线方向及水准点高程的数据准确无误。7.2.2支撑架搭设控制措施。本工法涉及到的模板大部分弯曲弧度大，不规则形状比较多。搭设前，应在地面弹出立杆的纵横方向位置并用水泥砂浆抄平；搭设时，应及时检测立杆、水平杆、剪刀撑等是否紧固到位；搭设后，如发现有异声、松动、下沉、变形等不安全预兆时，应及时采取有效妥善的应急措施。7.2.3钢筋绑扎控制措施。弧形柱与环形梁钢筋绑扎，应确保钢筋满足弯曲弧度的同时还要注意钢筋的保护层厚度满足设计要求及钢筋不发生偏位，套筒连接部位要注意不要超过其搭接百分比的问题。钢筋绑扎人员要严格按照测量控制线或控制点

47、进行绑扎。7.2.4混凝土浇筑控制措施。曲面板混凝土浇筑预留缝分缝要合理，确保有足够的操作面。采用颗粒级配良好的细石混凝土浇筑时，注意振捣时间稍长些。7.2.5施工中应在浇筑地点按规定进行混凝土取样、制作试块、养护，并按规定进行试验，保证试块的真实有效、有代表性。7.2.6 钢筋接头位置、箍筋间距、箍筋弯钩角度、钢筋混凝土保护层厚度必须符合施工规范及设计的要求，焊渣要清除干净，并做好隐蔽验收。7.2.7 模板安装应拼缝严密平整，保证不漏浆、不错台、不跑模、不涨模、不变形。7.2.8节点核心区的钢筋密集，必须加强核心区混凝土的振捣，可以采用30棒加强振捣，确保振捣密实、到位。浇筑完成后的节点通过

48、声波透射法进行密实度检验合格率应达到100%。7.2.9本工法结构组成复杂，堆载较多，要注意作业层上的施工荷载符合施工方案设计要求，不得超载。8.安全措施8.1 认真贯彻“安全第一、预防为主、全面治理”的方针，根据国家有关规定，结合施工现场实际情况和工程的具体特点，组成专职安全员、班组兼职安全员以及工地安全用电负责人参加的安全生产管理网络，执行国家和上级部门制定的各项安全规程，明确各级人员的职责，抓好工程的安全生产。8.2漩涡沙漏状钢筋混凝土结构体系施工前，应组织全体施工人员进行详细的安全技术交底，确保严格按照交底要求进行施工。8.3满堂架搭设前，地面应干净平整。具体搭设时严格按照施工方案进行

49、，并派专职技术人员监督。8.4安装模板并绑扎钢筋时，为防止人员、物料和工具坠落或飞出造成安全事故，需铺设安全网和设计操作平台。8.5因现场模板切割较多，对生产噪音、木粉尘或挥发性有害气体的机械设备，要配置与其机械运转相连接的消声、吸尘或通风装置，以消除或减轻职业危害，维护职工的安全和健康。8.6漩涡沙漏状钢筋混凝土结构顶部弧形柱、环形梁钢筋现场弯曲成型时，在任何情况下严禁站在钢筋弯曲的反方向位置。8.7加强安全检查，落实安全隐患整改“五定”制度。8.8 操作工人必须正确佩戴好劳动安全防护用品，尤其持振捣棒者必须戴好安全帽，绝缘手套，穿绝缘鞋和防护裙。8.9施工期间做好施工楼层面上的防火工作，配

50、备必要的灭火设备。所用设备均需接地，决不允许有破损的电线、电缆。9.环保措施9.1严格执行贯彻执行“ISO环境”管理体系，遵照建设工程施工现场管理规定有关规定。9.2制定施工工期间环境保护措施，做到统筹规划、合理布置。施工现场采取防尘及防辐射等措施，工完场清，控制扬尘排放。9.3 优先选用先进的环保机械。模板、钢筋加工安装和混凝土浇筑时，严格控制噪声污染。采取设立隔音墙、隔音罩等消音措施降低施工噪音到允许值以下，同时尽可能避免夜间施工。9.4 减少施工垃圾的产生，应对模板、钢筋短料进行筛选，回收利用。9.5 所有原材料及工程剩余材料应堆放整齐，不得随意乱放，应划分原材料和成品区域，不得混放。现

51、场设置消防器材和灭火设施。9.6定期清运建筑弃渣等固体弃物，按国家和地方要求排放和处治，并在其运输过程中作好防散落措施。9.7将施工场地和作业限制在工程建设允许的范围内，合理布置、规范围挡，做到标识清楚、齐全、醒目，施工场地整洁文明。9.7 遵照国家和行业的各种环境保护规定实施环境保护。10.效益分析10.1 经济效益在敦煌莫高窟保护利用工程游客服务设施建安工程项目施工中，采用漩涡沙漏状钢筋混凝土结构体系，本工法采用的是CASS成图软件智能化提取弧形柱子、环形梁及双曲面板的三维坐标与传统的人工计算相比较，提高了工作效率，节约了施工工期8%以上，从而降低了施工成本。通过对本工法各项工序的严格执行

52、落实，减小了钢管支架、钢筋原材料、商品混凝土的需求及施工机械台班、人工等的使用花费，最终节约材料、人工、管理综合费用约19.9万元。采用本工法施工对于一些异形结构构件，特别是弧形柱、环形梁及双曲钢筋混凝土楼 (屋)面结构的施工带来显著的经济效益。10.2 环保效益使用本工法可以降低材料损耗、节能减排，达到环保绿色施工要求。能有效缩短施工工期，减少对周边环境干扰，有利于文明施工。本工法的编制、推广和应用，符合国家节能、环保的建筑发展方向要求，对行业的类似工程形成良好带动效果，提高公司创新能力，更提高公司的市场竞争力。10.3 社会效益工程采用天人合一的设计理念，充分考虑了敦煌地区戈壁沙漠等自然环境因素，形如流动的沙丘和“飞天”飘动的裙带，是特色鲜明的艺术建筑，亦成为敦煌地区又一旅游亮点。实测表明，漩涡沙漏状钢筋混凝土结构体系无质量通病，表面曲线顺滑，造型优美，实现了设计意图并满足功能及质量要求，受到建设单位、当地政府与人民的好评。11.应用实例本工法成功地应用于敦煌莫高窟保护利用工程游客服务设施建安工程项目、永鑫华糖锅炉房、汽轮发电机及配电间等工程，工程质量满足设计和规范要求。11.1 敦煌莫高窟保护利用工程游客服务设施建安工程项目 11.1.1工程概况莫高窟游客服务设施建安工程是敦煌莫高窟保护利用工程的子项目工程，位于敦煌市太阳村东500米处，距莫